互动科普

站在海边上，朝一望无际的大海看去，除了徐徐划过的船只点缀在海面上，你可能还会看见有些碍眼的海上钻井平台。据统计，全球有近千台海上钻井平台在海岸周围钻取石油和天然气，它们不但需要为平台上的操作员工提供生活和工作场所，还需要为井下设备提供基础电力设施、动力设施和通信设施。听起来，这些平台必不可少，但是，挪威国家石油公司却和ABB公司共同筹建了海底联合工业项目（JIP），想把这些碍眼的设备从海面上清除掉。

“要想取代持续运行了这么多年的钻井平台，最关键的是要解决电力供应问题，”ABB公司副总裁简·巴格（Jan Bugge）说，他同时也是海底联合工业项目的项目总监。在ABB举行的2017年电力与自动化世界大会上，巴格激动地向与会者介绍着这个项目的进展。

早在2013年，ABB公司就与挪威国家石油等三家石油公司签订了一项为期5年的联合研发合约，共同开发下一代海底电力系统。这项价值1亿美元的投资试图牵动一项价值数倍于投资的改革：把海上采油设备全部装配到海床上，在减少对海洋环境影响的同时，大幅降低运营成本。

整个项目的终极目标是把电力输送到3000米深的海底。原有技术只能先在陆地上调整好电流和电压，用多条电缆向海底的各种设备供电，但是，仅在一个开采基地，就需要花费上千万美元布置电缆。如果想在全球范围内同时实现“去平台化”，花费更是天文数字。

“我们提出了一整套适应海底环境的解决方案，”巴格说，“线缆的数量必须减少，只要一条就够了；其余的变压和变频设备都必须安装在海底。只有这样才能在只有一根电缆的情况下使安装在海底的油泵和压缩机都能按需用电。”

但这么设计就会面对大量技术上的难题，首先，如何有效地将上百兆瓦的高压电输往600千米以外的海底？其次，如何保障精密的电气设备能在海底的高压环境中长时间运行？

“日常用电一般是50Hz或者60Hz，但是为了更高效地把高压电输送得足够远，我们把频率降到了16Hz，这个手段很有效，传输600千米没什么问题，对现在的目标环境完全够用了。”但是，如何让电气设备适应海底的高压环境，却是件麻烦事，巴格说，“如果按原来的解决办法，我们必须把变压器和变频器都放进厚度达几厘米的封闭钢箱中，但要制造几十米见方的钢箱，实在不划算，即便能这么做，想把它装配在水下，也没有足够的运力和设备配套”。

今年11月，这个项目将把一个变频器放入水中测试实际性能。巴格的团队也给出了一个优雅的解决方案：让变频器直接裸露在海水中，添加一个设备控制变频器内部的压力，使它在海底时，保持变频器内外压差一致，把变频器占用的体积和使用的钢材厚度降到最低。

到2018年，研发项目将接近尾声，研发团队会按照规划，把整个设备都放入水里，模拟3000米水深的压强，测试整套设备的效果。巴格希望这套系统能稳定地长时间运行，毕竟一旦出现问题，去3000米以下维修设备并不是件轻松的事。

“去掉水上平台后，我们不用再定期派遣工作人员去开采的第一现场，但我们得保障整套系统可以长时间运行，” 巴格说，“目前的计划是，这套设备在安装好后，需要在30年内可靠运行。为了做到这一点，我们做了三方面的准备，首先，所有设备都经得起严酷环境的考验，即便遭遇海啸也能正常工作；其次，我们会用ABB最近上线的Ablity平台做设备的信息汇总和分析，可以实时在线诊断，提供最优的维护策略；最后，所有的设备都有备用系统，一旦出现不可修复的问题，可以立刻转换到备用系统，继续可靠运行。”

这套系统还有很多优势，比如，水上平台一旦固定，就无法向周围迁移，如果把设备搬到水下，只需要延长线缆，就能扩展开采的作业范围。不仅如此，如果未来有开发南北极油气资源的需求，这套系统也能在完全保留南北极地貌特征的前提下，在海底持续运行。另外，海洋面积那么大，说不定可以安装光伏板，直接用太阳能为海下开采设备供电，这样，又能省下一大笔运行费用。

石油公司已经在想办法尽量减少开采时对环境的影响，或许，那些阻碍我们欣赏海景的平台，在不久后，就全都消失了。